运动控制系统题库_1.docx
运动控制系统题库第一章闭环控制的直流调速系统第一节可控直流电源电动机系统暨直流驱动单元1对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来讲，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能有级调速；减弱磁通固然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速即电机额定转速以上作小范围的弱磁升速。因而，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主。2调压调速是直流调速系统的主要方法，而调节电枢电压需要有专门向电动机供电的可控直流电源。3常用的可控直流电源有下面三种：?旋转变流机组用沟通电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。?静止式可控整流器用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。?直流斩波器或脉宽调制变换器用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。4简称为G-M的系统，具有四象限连续运行的功能，国际上通称Ward-Leonard系统。5晶闸管-电动机调速系统简称V-M系统，图中VT是晶闸管可控整流器，通过调节触发装置GT的控制电压Uc来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压Udo，进而实现平滑调速。6用触发脉冲的相位角控制角控制整流电压的平均值Ud0是晶闸管整流器的特点。Ud0与触发脉冲相位角控制角的关系因整流电路的形式而异；不同整流电路的整流电压值7在V-M系统中，脉动电流会产生脉动的转矩，对生产机械不利，同时也增加电机的发热。为了避免或减轻这种影响，须采用抑制电流脉动的措施，主要是：?设置平波电抗器；?增加整流电路相数；?采用多重化技术。8平波电抗器的计算?单相桥式全控整流电路min287.2dIUL=?三相半波整流电路min246.1dIUL=?三相桥式整流电路min2693.0dIUL=9晶闸管触发与整流装置动态构造：考虑到Ts很小，可忽略高次项，则传递函数便近似成一阶惯性环节整流电路单相全波三相半波三相全波六相半波Um22U*22U26U22Um2366Ud0cos9.02Ucos17.12Ucos34.22Ucos35.12U11)()()(+?=sTKsUsUsWSSctdoS9脉冲宽度调制PWM变换器的作用是：用PWM调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、幅值一定、宽度可变的脉冲电压系列，进而能够改变平均输出电压的大小，以调节电动机转速。10采用脉冲宽度调制PWM的高频开关控制方式构成的脉宽调制变换器直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统，即直流PWMM调速系统11可逆PWM变换器直流电动机的主电路有多种形式，最常用的是桥式，也称为H形主电路。12H形主电路的PWMM系统，电路中A、B两点间电压的极性随开关器件栅极驱动电压极性的变化而改变，其控制方式有双极式、单极式、受限单极式等多种，当代最常用的是双极式控制的可逆PWM变换器电动机系统。13双极式控制可逆PWM变换器的输出平均电压为12)12(-=-=-=则：设调压系数：假如设占空比：SdoonSonSonSondoUUTtUTtUTtTUTtU14双极式控制可逆PWM变换器电动机系统即PWMM系统调速时，的可调范围为01，10.5时，为正，电机正转；?当第二节单闭环直流调速系统17对于调速系统的转速控制的基本要求有下面三个方面1调速在一定的最高转速和最低转速范围内，分挡地有级或平滑地无级调节转速；2稳速以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量；3加、减速频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起，制动尽量平稳。18某直流调速系统电动机额定转速为1430r/min，额定速降?nN=115r/min，当要求静差率30%时，允很多大的调速范围？假如要求静差率20%，则调速范围是多少？假如希望调速范围到达10，所能知足的静差率是多少？解：35701153014301%30。时：要求=?=-?=SnSnDSNN13801152014301%20。时：要求=?=-?=SnSnDSNN%64444601151014301151010。时，静差率：希望=?+?=?+?=NNNnDnnDSD192-2；1。4调速系统的调速范围是1000100r/min，要求静差率S=2%，那麽系统允许的稳态转速降是多少？解：。则：；根据给定条件：04129810210001101001000=?=-?=?=SDSnnDNN202-3；1。5某一调速系统，在额定负载下，最高转速为n0max=1500r/min，最低转速为n0min=150r/min，带额定负载时的速度降落min/15rnN=?，且在不同转速下额定速降不变，试问系统的调速范围有多大？系统的静差率是多少？解：%1010151114851511%1010150151115150151500max0min0min0max0=?+?=?+?-?=?=-=?-?-=。或：；。根据静差率的定义，；根据给定条件，NNNNNNnDnnnDSnnSnnnnD212-4；1。6直流电动机：min/1430,023.0,378,220,74rnRAIVUkWPNaNNN=晶闸管整流器内阻=022.0SR系统采用降压调速，当生产机械要求静差率S=20%，求系统的调速范围有多大？假如要求静差率S=30%，则系统的调速范围又有多大？解：3570115301430%301380115201430%202015147700450378/1477014300230378220。；要求。；要求。速度降落：首先求取额定负载下的=?=?=-?=?=?=?=?-=-=DSDSSnSnDrpmCRInrpmVnRIUCNNeNNopNaNNe22-1例题某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，其额定数据如下：60kW、220V、305A、1000r/min，采用V-M系统，主电路总电阻=18.0R，电动机电动势系数rpmVCe/2.0=。假如要求调速范围D=20，静差率5%，采用开环调速能否知足？若要知足这个要求，系统的额定速降最多能有多少？解：min/6329520510001%808.0649054905.2742020005.274202022.0955.27451000%515.27420180305/20rSDSnnnDnnDSDDSSnSnDrpmCRInrpmCNclNNNNNNeNNope。要求反应：，知足这个要求需要负开环系统不能知足要求则要求；要求。速度降落：首先求取额定负载下的=?=-?=?=?+?=?+?=?=-?=?=?=?=22-2。2-5；1.7某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，采用V-M系统，已知电动机额定数据如下：=180/2.0min;/1000,305,220,60。；RrpmVCrnAIVUkWPeNNNN。求：当电流连续时，在额定负载下的转速降落开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率额定负载下的转速降落为多少，才能知足D=20，静差率S5%的要求解：min/6329520510001%52121505274100052745.27420180305/200rSDSnnnnnnnSrpmCRInrpmCNclNNNNNNeNNope。要求馈：知足这个要求需要负反。速度降落：首先求取额定负载下的=?=-?=?=+=?+?=?=?=?=?=22-3。尔例2-12-2某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，采用V-M系统，已知电动机额定数据如下：=180/2.0min;/1000,305,220,60。；RrpmVCrnAIVUkWPeNNNN。且已知晶闸管与触发装置的放大倍数，30=SK转速负反应系数rpmV/015.0=为知足D=20，静差率S5%的要求：开环系统能否知足要求？接成转速负反应单闭环系统，为知足要求，计算放大器的电压放大系数！解：94.45015.0302.04.1034.103163.25.2741min/63。29520510001要求馈：知足这个要求需要负反%5%5。21215。05。27410005。2745.2742。018。0305/2。0速度降落：首先求取额先求取额定0=?=?=-=-?=?=-?=?=+=?+?=?=?=?=?=-SePclNopNNclNNNNNNeNNopeKKCKnnKrSDSnnnnnnnSrpmCRInrpmC不能满能知足22-4。尔例2-12-22-3某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，采用V-M系统，已知电动机额定数据如下：=180/2.0min;/1000,305,220,60。；RrpmVCrnAIVUkWPeNNNN。且已知晶闸管与触发装置采用三相桥式电路，放大倍数，30=SK转速负反应系数rpmV/015.0=，电枢回路总电感mH6.21=L，整个系统的飞轮惯量22Nm78=GD为知足D=20，静差率S5%的要求：(1)开环系统能否知足要求？(2)接成转速负反应单闭环系统，为知足要求，计算放大器的电压放大系数！(3)判定系统的稳定性解：KKTTTTTTKsTsCRGDTsRLTKKCKnnKrSDSnnnnnnnSrpmCRInrpmCcrlSlmSmcrSemlSePclNopNNclNNNNNNeNNope?=+=+=?=?=?=?=-=-?=?=-?=?=+=?+?=?=?=?=?=-67012.000167.0012.0098.000167.0098.000167.0098.02.055.937518.07855.9375012.018.000216.0)4(94.45015.0302.04.1034.103163.25.2741min/63。29520510001要求馈：知足这个要求需要负反)3(不能满能知足%5%5。21215。05。27410005。274)2(5.2742。018。0305)1(/2。0速度降落：首先求取额先求取额定2220判定系统断系统的22-5。参李已知转速负反应单闭环系统参数：电动机额定数据：=10/12.0min;/1750,226,220,45。；RrpmVCrnAIVUkWPeNNNN。且已知晶闸管与触发装置采用三相桥式电路，放大倍数，36=SK转速负反应系数rpmV/006.0=，为知足D=10，静差率S0。05%的要求，进行静态计算：Kop、Kp。解：817.1012.0/006.03647.19/47.1912.933.188133.18812.01.02262.995.01005.01750)1(=?=?=-=-?=?=?=?=?=-?=?-eSPclNopNopeNopNNclNCKKKnnKCRInrpmsDsnn23根据自动控制原理，反应控制的闭环系统是按被调量的偏差进行控制的系统，只要被调量出现偏差，它就会自动产生纠正偏差的作用。调速系统中由负载引起的的转速降落是转速偏差，显然，引入转速闭环负反应将使调速系统应该能够大大减少转速降落。24闭环调速系统能够获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，进而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围，为此所需付出的代价是，须增设电压放大器以及检测与反应装置。25在反应控制的闭环直流调速系统中，与电动机同轴安装一台测速发电机TG，进而引出与被调量转速成正比的负反应电压Un，与给定电压U*n相比拟后，得到转速偏差电压?Un，经过放大器A，产生电力电子变换器UPE的控制电压Uc，用以控制电动机转速n。26转速负反应单闭环有静差直流调速系统中各环节的稳态关系如下：nUCRIUCEnUKUUKUUUUfnedLdeactSdnPctfnnn?=?-=?=?=-=?测速反应环节：调速系统开环机械特性可控调压装置：调节器：放大器电压比拟环节：00*27转速负反应单闭环有静差直流调速系统的静特性方程式clcleSPedLeSPenSPnnCKKCRICKKCUKKn?-=+?-+=0*)/1()/1(eSPOPNclclOPeNOPenmSPNclCKKKnnKCRIKCUKKn/)1()1(0*=?-=+?-+=28闭环系统静性能够比开环系统机械特性硬得多opOPclOPopclNclNopOPOPNopNclDKDKSSnnKKnn)1(11;1+=+=-?=+?=?29采用比例放大器调节器，使得闭环系统的开环放大系数KOP值越大，系统的稳态性能越好。然而，KOp=常数，稳态速差就只能减小，却不可能消除。只要KOP=，才能使?ncl=0，而这是不可能的。因而，这样的调速系统叫做有静差调速系统。实际上，这种系统正是依靠被调量的偏差进行控制的。30系统中，除给定信号外，作用在控制系统各环节上的一切会引起输出量变化的因素都叫做“扰动作用。30-12-7；2。1转速闭环调速系统的调速范围是1500150r/min，要求静差率S5%，那麽系统允许的静态速降是多少？假如开环系统的静态速降是100r/min，则闭环系统的开环放大倍数是多少？解：67.11189.7100189.79510515001101501500=-=-?=?=-?=?=NclNopOPNNclnnKSDSnnD则：；根据给定条件：30-22-7；2。1转速闭环调速系统的调速范围是1500150r/min，要求静差率S2%，那麽系统允许的静态速降是多少？假如开环系统的静态速降是100r/min，则闭环系统的开环放大倍数是多少？解：6797.31106.3100106.39810215001101501500=-=-?=?=-?=?=NclNopOPNNclnnKSDSnnD则：；根据给定条件：31为了解决反应闭环调速系统的起动和堵转时电流过大的问题，系统中必须有自动限制电枢电流的环节。根据反应控制原理，要维持哪一个物理量基本不变，就应该引入那个物理量的负反应。那么，引入电流负反应，使电流不超过允许值或能够保持设定值而基本不变。详细施行方案：采用电流截止负反应或转速-电流双闭环控制系统。32对于一个自动控制系统来讲，稳定性是它能否正常工作的首要条件，是必须保证的。对于转速负反应单闭环有静差直流调速系统，存在临界放大系数Kcr,当KOPKcr时，系统将不稳定；crOPlSlmSmSlSSlmcrKKTTTTTTTTTTTTK?+=?+=2)(33例题晶闸管可控整流器供电的V-M系统。已知数据如下：电动机：min/1000,5.0,55,220,10rnRAIVUkWPNaNNN=晶闸管可控整流器：三相桥式可控整流电路，整流变压器Y/Y联合，二次线电压U2l=230V，电压放大系数KS=44；电枢回路总电阻：R=1.0；测速发电机：永磁式，额定数据为23.1W，110V，0.21A，1900r/min；若生产机械要求调速范围D=10，静差率5%，试计算调速系统的稳态参数解：rpmCRInrpmVnRIUCrsDsnneNNopNaNNeNNcl7.2851925.0155/1925.010005.055220min/26.5951051000)1(=?=?=?-=-=?=-?=?14.20/01158.03.53126.57.2851=-=-?=eSOPPNclNopOPCKKKnnK33-12-9；2。5晶闸管可控整流器供电的V-M系统。已知数据如下：电动机：min/1500,5.1,5.12,220,2.2rnRAIVUkWPNaNNN=晶闸管可控整流器：内阻=0.1recR，电压放大系数KS=35；电枢回路电抗电阻：RL=0。8；若生产机械要求调速范围D=20，静差率s10%，计算开环系统的静态速降和调速要求所允许的闭环静态速降；采用转速负反应组成闭环系统，试画出系统的原理图和静态构造图调整该系统的参数，使得NNdnnnIIVU=,15*时，转速负反应系数=？计算放大器的放大倍数解：rpmCRRRICRInrpmVnRIUCeaLrecNeNNopNaNNe8.307134.0)5.18.01(5.12)(/134.015005.15.12220=+=+=?=?=?-=-=min/33.89020101500)1(rsDsnnNNcl=?=-?=?无静差：01.0150015*=NnmnU有静差：9.35133.88.30710097.01500159.369.35)1(*=-=-?=?=+NclNopOPNOPnmOPnnKnKUK36.13134.0/3501.09.35/=?=eSOPPCKKK33-22-10；2。6晶闸管可控整流器供电的V-M系统。已知数据如下：电动机：min/1500,5.1,5.12,220,2.2rnRAIVUkWPNaNNN=晶闸管可控整流器：内阻=0.1recR，电压放大系数KS=35；电枢回路电抗电阻：RL=0。8；若生产机械要求调速范围D=20，静差率s10%，调整该系统的参数，使得NNdnnnIIVU=,15*时，转速负反应系数=0。01若增设电流截止环节，要求NdcrNdblIIII2.1,2，应选择多大的比拟电压和电流反应采样电阻？要求电流反应采样电阻不超过主回路原总电阻的1/3；假如作不到，需要增加电流反应放大器，试画出系统的原理图和静态构造图，并计算电流反应放大系数。这时的电流反应采样电阻和比拟电压各为多少？题意要求不明确，题解是多样的首先计算采样电阻：=+=+1.1)5.18.01(31)(31aLrecSRRRR计算：图1-24采用转速负反应的闭环调速系统+-AGTMTG+-+-+-UtgUdIdn+-+Un?UnU*nUcUPE+-MTIdUnUdUcUnntKps1/CeU*nUc?UnEnUd0Un+-IdR-nKs
